樹枝狀分子的合成、光物理探討及其在有機發光二極體元件之應用

Abstract

本論文討論了三種新穎的有機電激發光材料的合成方法、物理性質及元件特性。

一、小分子螢光材料 我們以McMurry的碳-碳偶合反應將9-ethyl-9H-carbazole-3- carbaldehyde 和 6-bromo-9-ethyl-9H-carbazole-3-carbaldehyde以雙鍵連接在一起成為carbazole的二聚物(dimer)作為中心發光團，接著再以高產率的鈀金屬催化的碳-氮偶合反應在外圍接上不同的芳香胺基團。這些化合物的放光範圍由藍光到黃光且有不錯的螢光量子產率。由於carbazole片段本身的特性，這些化合物有好的熱穩定性且適合電洞的傳輸。以ITO/C1~C3/TPBI or Alq3/LiF/Al為結構製成雙層式元件可達到不錯的元件效率(如: ηext = 1.0-2.1%; ηp = 0.9-1.9 lm/W; ηc = 2.4-4.8 cd/A at a current density of 100 mA/cm2)。

二、樹枝狀分子螢光材料 我們合成了一系列以4,7-bis(p-aminophenylethynyl)benzo[c]- [1,2,5]thiadiazole為中心發光團的紅光樹枝狀分子。這些樹枝狀分子具有多種不同功能性的外圍片段。它們不僅僅有保護中心發光團避免自我驟息的作用，還可以將所吸收的能量經由分子內的Föster energy transfer傳送到中心發光團來放光。除此之外，外圍片段在元件中還扮演載子傳輸的功能，使得有載子傳輸功能的樹枝狀分子製成的單層元件(結構為: ITO/PEDOT (80 nm)/dendrimers (60 nm)/LiF (1 nm)/Al (200 nm))，效率遠高於沒有載子傳輸功能的樹枝狀分子。因此證明可以藉由在樹枝狀分子引入功能性的外圍片段來提高元件的效率。

三、樹枝狀分子磷光材料 我們合成一系列非共軛的n-type and/or p-type dendronized benzoimidazoles (L) 化合物作為配位基，這些化合物可以與三氯化銥以cyclometalation的方式配位，形成具有磷光性質的三取代(tris-)或雙取代(bis-)磷光銥金屬樹枝狀分子。我們針對這些分子進行光物理及電化學性質的探討。儘管外圍片段不同，這些樹枝狀分子的放光皆來自於中心的bis- or tris-cyclometalated銥金屬錯合物。若以旋轉塗佈法製成OLED元件，發現在多一層TPBI當作電子傳輸層的條件下，已非摻雜或摻雜的方式均可得到不錯的元件效率。以ITO/PEDOT:PSS (80 nm)/PVK+Ir(nap1)3 (5 wt.-%) (80 nm)/TPBI (50 nm)/LiF (1 nm)/Al (200 nm) 為結構的元件效率為: L = 12445 cd/m2， ηext,max = 7.54 %,，ηp,max = 26.51 lm/W，ηc,max = 9.25 cd/A。